双核处理器一般分为两种情况：2个内核相同（双核心），2个内核不同（双CPU）。
工作原理主要是将单内核中的并行计算扩展到多CPU之间，具体如下：
双核心：
2个内核相同，一块CPU基板上集成两个处理器核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。双核心并不是一个新概念，而只是CMP(Chip Multi Processors ，单芯片多处理器) 中最基本、最简单、最容易实现的一种类型。换言之双核心处理器就是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。随意指定其中一个为主CPU，另一个则为从CPU。主CPU完成任务调度和一部分计算工作，从CPU主要用作计算。当一个任务可以分解为2个并行的任务时，在操作系统或者控制软件的支持下，将其中一个单纯的计算任务分配给从CPU，其它由主CPU完成，最终的结果汇总到主CPU。
双CPU：
2个内核不同，前面所说的双核心是在一个处理器里拥有两个处理器核心，核心是两个，但是其他硬件还都是两个核心在共同拥有，而双CPU则是真正意义上的双核心，不光是处理器核心是两个，其他例如缓存等硬件配置也都是双份的。一种情况是其中一个是采用冯.洛伊曼结构的CPU和一个采用哈佛结构的DSP，其中冯.洛伊曼结构的CPU适合事务处理，一般作为主CPU，另一个则为从CPU。这里的主CPU速度一般较低，而DSP的速度较高，所以主CPU完成任务调度和管理，有时候也做一小部分计算工作，DSP主要用作计算。这在图像处理中极为常见。这种情况下，一般将一个任务的计算任务分配给从CPU，其它由主CPU完成，最终的结果汇总到主CPU。
在操作系统或者控制软件的支持下，由于双内核之间采用内部高速宽带总线，使得双CPU能够并行运行，实际效果相当于单内核CPU近2倍的速度。例如对于一个复杂的控制和计算任务，可以分别为2个内核编制不同的处理程序，这样一方面可以降低处理难度，另一方面可以大大减少单内核时执行效率低的问题，同实际速度大大提高。